四氢呋喃毕业设计论文.doc

长春工业大学学士学位毕业设计（论文）摘 要四氢呋喃是一种重要的有机合成原料和溶剂，素有“万能溶剂”之美称，还是重要的医药中间体。由四氢呋喃合成的聚四氢呋喃（PTMEG），其主要用途是生产Spandex纤维（我国称氨纶）和聚氨酯弹性体，市场前景广泛。四氢呋喃主要由呋喃加氢所制。本设计是年产1万吨呋喃加氢制四氢呋喃的工段工艺设计。重点对呋喃加氢进行了设计，具体包括该工段部分物料衡算、热量衡算、附属设备选型等工艺设计及主反应器的设计。以糠醛为原料制取呋喃，后加氢制四氢呋喃，此工艺可加强对玉米芯等农产品废弃物的利用，具有明显的经济意义。此次设计绘制了呋喃反应器的装配图及工艺流程图。关键词 呋喃加氢 四氢呋喃 设计 呋喃反应器 工艺流程AbstractTetrahydrofuran is an important raw materials and synthetic organic solvents, known as “Universal Solvent”, and it is also an important pharmaceutical intermediates. Synthesis of Poly THF from tetrahydrofuran and its main purpose is the production of Spandex fibers(called Spandex in China) and polyurethane elastomers, has broad market prospect.Tetrahydrofuran are mainly produced by the hydrogenation of furan. The design of process that the annual output of 10,000 tons of THF with liquid hydrogenation of Furan has discuss the principle of the production ,process and equipment. Focus on furan hydrogenate to THF for the design, including the entire section of the material balance, energy balance, selection of ancillary equipment such as process design and reactor. To furfural production from furans, this process can make use of such as corn and other agricultural waste-to-use. And this process has obvious economic significance. The design drawing a Reactor of furan and Section process map.Key word furan hydrogenation Tetrahydrofuran design furan reactor process II目 录第一章 文献综述- 1 -1.1 论文选题意义- 1 -1.2 呋喃与四氢呋喃工业意义- 2 -1.2.1 呋喃与四氢呋喃简介- 2 -1.3 国内外研究及市场现状- 2 -1.4 四氢呋喃制备工艺的发展- 5 -1.4.1 糠醛法- 5 -1.4.2 Reppe法- 6 -1.4.3 丁二烯氯化工艺- 7 -1.4.4 丁二烯乙酰氧基化工艺- 7 -1.4.5 顺酐液相加氢- 7 -1.4.6 顺酐气相加氢- 7 -1.4.7 顺酐酯化低压加氢- 8 -第二章 装置及工艺流程说明- 9 -2.1 装置简介- 9 -2.2 工艺流程简图- 10 -2.3 工艺流程说明- 10 -2.3.1 呋喃单元、糠醛精制- 10 -2.3.2 呋喃精制- 12 -2.3.3 呋喃催化剂回收- 12 -2.3.4 糠醛回收和循环- 13 -2.3.5 一氧化碳(CO)分离干燥- 13 -2.3.6 糠醛回收和循环- 14 -2.4 工艺指标- 15 -第三章 计算部分- 18 -3.1 物料衡算- 18 -3.1.1 计算任务- 18 -3.1.2 衡算原理- 18 -3.1.3 计算依据- 18 -3.1.4 计算及结果- 19 -3.2 热量衡算- 19 -3.2.1 热量衡算方程式- 19 -3.2.2 热量衡算式中各项计算- 20 -3.2.3 热负荷Q2的计算- 21 -第四章 反应器的设计- 23 -4.1 反应器的计算- 23 -4.1.1 确定筒体和封头的型式- 23 -4.1.2 用经验法计算反应器的容积- 23 -4.1.3 反应器的直径和高度的确定- 24 -4.1.4 釜体的受力分析- 24 -4.1.5 釜体厚度的计算- 24 -4.1.6 校核传热面积- 25 -4.1.7 确定釜体封头壁厚- 25 -4.1.8 传动装置的计算- 25 -4.1.9 搅拌器的选型和计算- 26 -4.2 计算结果一览表- 27 -4.3 单体设备图- 29 -4.4 带控制点的工艺流程图设计- 29 -4.4.1 控制点的确定- 29 -4.4.2 自动控制仪表的选择- 30 -4.4.3 自动控制方案的确定- 30 -4.5 车间布置设计- 30 -4.5.1 车间布置设计的程序、内容及相互关系- 30 -4.5.2 车间布置设计的内容- 31 -4.5.3 车间布置的根据- 31 -4.5.4 车间布置设计的原则- 31 -第五章 结 语- 33 -参 考 文 献- 34 -致 谢- 35 -第一章 文献综述1.1 论文选题意义 四氢呋喃(以下简称THF是工业生产中广泛使用的一种性能优良的有机溶剂，具有低毒、低沸点、流动性好等特点，是发展前景广阔的优良的有机溶剂。 THF不仅被大量应用于医药行业、特殊橡胶制品、农药制品中；还用作各种涂料的溶剂，印刷油墨、反应过程和制造磁带的溶剂等，特别适用于溶解PVC，聚偏氯乙烯：用作电镀铝液时可任意控制铝层厚度且光亮。THF可以开环聚合生成四甲基乙醇醚(PTMG)，进而合成聚四亚甲基醇醚，用作聚氨酯弹性纤维和聚氨酯弹性体，国际上氨纶纤维被誉为第二皮肤，它回弹性好其弹性伸长是PBT纤维的3倍。我国聚氨酯(PU)以年增长率1518的速率快速发展，作为生产Pu的原料，THF必将长期紧缺。在亚洲地区，THF需求旺盛，将THF制成低粘度溶液，己广泛应用于聚合、缩合、酯化等各种反应。 随着化学工业的飞速发展，对THF的需求也在不断增长。我国年需求THF近万吨，主要依赖进口，且在价格呈上升趋势的情况下，这对国家财政造成了很大的损失。探求THF的最佳生产工艺是目前急待解决的课题。 目前国内外生产THF的方法主要是糠醛法和石油法。但近些年石油的日益贫乏和危机使得石油法路线的前景不容乐观。而利用生物物质的糠醛法在目前引起了人们的重视，该路线一方面避免了石油短缺的问题，另一方面迎合了人们对绿色化工的要求，即由农业废物(玉米芯、稻壳等)制取糠醛，再由糠醛经呋喃生产THF。目前很多科研机构都对糠醛法进行大量研究，并取得了一定的成果。呋喃加氢制备四氢呋喃是糠醛法生产四氢呋喃的工艺过程。对于盛产玉米的东北来说，糠醛的深加工问题一直没有很好解决，大部分糠醛只能作为廉价的原料销往国外。糠醛催化法生产THF项目的投产，将在解决石油危机、THF短缺及糠醛的深加工方面有着深远的意义和广阔的应用前景。1.2 呋喃与四氢呋喃工业意义1.2.1 呋喃与四氢呋喃简介呋喃(C4H5O)又名氧杂茂，无色透明液体，具氯仿气味。具有类似氯仿的气味，难溶于水，易溶于有机溶剂，其蒸汽遇到被盐酸浸湿过的松木片时显现绿色。沸点(O1Mpa)：305K，相对密度：09336*103KgM。呋喃主要用于生产Pu弹性纤维几弹性体、Pu人造革、油墨、脱漆剂、萃取剂等，也用于生产呋喃系列产品。四氢呋喃，,又称1，4-环氧丁烷，简称THF,无色透明液体，有乙醚气味，凝固点为-65，沸点为66，相对密度为0.887，（20），具有低毒、低沸点、流动性好等特点，是一种重要的有机合成原料和优良的溶剂，具有广泛的用途。四氢呋喃对许多有机物和无机物有良好的溶解性，它能溶解除聚乙烯、聚丙烯及氟树脂以外的所有化合物，特别是对聚氯乙烯、聚偏氯乙烯和丁苯胺有良好的溶解作用，广泛用作反应性溶剂，有万能溶剂之称。作为常用溶剂，四氢呋喃已普遍用于表面涂料、保护性涂料、油墨、萃取剂和人造革的表面处理。在医药工业上，可用于生产咳必清、黄体酮、利复霉素和用作制药溶剂等。 1.3 国内外研究及市场现状呋喃加氢制得四氢呋喃。四氢呋喃又名1，4-环氧丁烷，无色透明液体，工业生产中广泛使用的一种性能优良的有机溶剂，用途广泛，THF可以 合成多种精细化工产品，在医药行业被称为万能溶剂，也大量应用与农药、特殊橡胶制品中；还用作各种涂料的溶剂、印刷油墨、反应过程和制造磁带的溶剂等，特别适用于溶解PVC、聚偏氯乙烯；用作电镀铝液时可任意控制铝层厚度且光亮。THF与一氧化碳可合成已二酸，再用已二酸合成已二胺，最终生产尼龙66。随着应用化学和精细化工的飞速发展，对THF的需求也在不断增长。我国国内，当前市场上急需大量的THF，我国每年大约需要近万吨以上的THF，均靠进口解决。且价格呈上升趋势，探求THF的最佳生产工艺是目前急待解决的课题。国内四氢呋喃的生产和开发较晚1，工艺技术比较落后，较早的生产厂家都采用糠醛法，如江苏扬州化工厂，上海宝山四方化工厂，张家港富豪化工厂，上海吴淞化工厂等，因规模小，产量低，成本高等原因都已停产。近年来，一些研究单位和生产厂家对THF 的生产研究开发应用十分活跃。目前，THF及其下游深加工产品的生产和应用已形成了一个新的热点。大连化工研究所、北京化工研究院、复旦大学、中国石化科学院等单位都取得了一定成绩。1998年，采用1，4- 丁二醇原料路线的3 kt / a 装置在齐齐哈尔前进化工有限公司投产（现已扩到7 kt / a）；1999 年初，石家庄又有1 kt / a 1，4- 丁二醇法THF装置投产；山东东营的顺酐法1，4- 丁二醇装置投产后可副产THF 1 kt / a。现在山东省济南市圣泉集团股份有限公司建设的THF 装置，采用引进技术，糠醛法工艺路线，规模为5 kt / a，同时配套下游深加工聚四亚甲基醚二醇（PTMEG）装置2. 5 kt / a。国内THF 生产情况见表1-1表1-1 目前我国THF 生产情况生产单位 能力/ t / a浙江仙居化肥厂 200沈阳东北制药厂 200四川泸州 200山东东营（副产） 1 000齐齐哈尔前进化工有限公司 7 000石家庄栾城医药化工厂 1 000合计 9 600THF的合成工艺有：糠醛法、1，4-丁二醇法和顺酐法等。1，4-丁二醇生产THF 的工艺路线被广泛采用，1998年齐齐哈尔引进设备投入生产，建成国内最大的THF生产厂家，但近些年石油的日益贫乏和危机使得该路线的前景不容乐观，齐齐哈尔厂由于石油涨价，产品价格过高，而失去竞争力而处于停产的状况。而利用生物物质的糠醛法在目前引起了人们的重视，该路线一方面避免了石油短缺的问题，价格低，另一方面迎合了人们对绿色化工的要求，即由农业废物(玉米芯、稻壳等)制取糠醛，再由糠醛经呋喃生产THF。 目前国内外生产THF的方法主要是糠醛法和石油化工原料法。糠醛法有多相法和歧化脱羰法L3J；石油化工原料法有1，4-丁二醇法、丁二烯法和顺酐法。糠醛的深加工问题和石油的危机问题使我们选择了糠醛法。目前世界上四氢呋喃的生产能力已达300 kt / a。美国是四氢呋喃的生产和消费大国，美国杜邦公司不仅四氢呋喃生产能力最高，而且拥有世界最大的PTMG 生产装置：美国得克萨斯洲30 kt / a 和纽约洲30 kt / a，荷兰35 kt / a，日本千叶市25 kt / a，韩国30kt / a。Penn 专用化学品公司2000 年2 月宣布在田纳西洲新建了1 套36 kt / a 用丁二醇生产THF 的装置，使该公司成为世界上用2 种原料生产THF 的公司。表1-2国外四氢呋喃主要生产厂及能力地区 公司 生产能力/kt/a 工艺技术美国 BASF 8.1 Reppe法Du Pont 80.1 Reppe法 GAF 8.1 Reppe法 Petech 9.0 Reppe法 Quaker 18. 0 糠醛法Penn 34. 0 糠醛法36. 0 1，4 - 丁二醇法西欧 BASF 30. 0 Reppe 法GAF / Huls 8. 0 Reppe 法ICI 5. 0 顺酐加氢法日本 三菱化成 40. 0 丁二烯乙酰氧基化法日本BASF 16. 0 1，4 - 丁二醇法东燃化学 4. 0 顺酐酯化加氢法合计 296. 3据Cllem Systems公司预测， THF主要用于PTMFG，占34以上，其年增长率为58，2005年需求量达到350kt。估计今后10年PTMEG的产量可能翻一番，THF用作溶剂的量也将适度增长。目前我国生产THF的厂家为45家，总生产能力为1000ta左右，年产量700800t，远不能满足需求，每年都要花费100多万美元进口1000t来满足国内需求，所以THF具有广阔的市场空间。1.4 四氢呋喃制备工艺的发展1.4.1 糠醛法四氢呋喃最早的生产方法是糠醛法，由糠醛脱羰基生产呋喃，再加氢而得。糠醛用ZnO-Cr3-MnO2作催化剂，在410脱羰基得呋喃；呋喃用镍作催化剂于100-120,3-4Mpa条件下加氢得四氢呋喃。我国湖南轻工研究所用此法做过研究，较成功。呋喃加氢制四氢呋喃为糠醛法制呋喃的步骤之一。糠醛法生产THF主要分二步进行，先催化脱羰，再催化加氢，此法生产四氢呋喃的产率高，且产品纯度高，副产品少。目前国外也有一步生成THF的报道，但产率最高只有39.5，且生成大量不易与产物分离的副产物，几乎没有工业价值，最终我们选择了两步法：第一步：脱羰第二步：加氢呋哺环上加氢生成THF多采用液相法。反应方程式如下：呋喃加氢制四氢呋喃的反应是1分子的呋喃和2分子的氢反应生成1分子的四氢呋喃，是一个体积减小的反应，所以增加压力对反应有利。另外，从碰撞理论可知，增加压力，分子间距变小，增加碰撞机会，也可以加快反应速度。影响呋喃加氢反应的主要因素除了反应压力还包括反应温度，时间，催化剂使用量，助剂，溶剂等。反应过程如下国内生产发展的优势：资源丰富。我国是农业大国，每年仅玉米产量就有1.1亿1.3亿吨，可以副产2000万吨的玉米芯，是生产糠醛的原料。对于盛产玉米的东北来说，虽然有很多变废为宝的糠醛厂，但糠醛的深加工却一直没有得到很好的解决，特别在我省，生产呋喃厂家有几十个，年产糠醛几万吨，然而对糠醛的进一步深加工，形成新产品、新品种则是极少的，这就不能进一步形成很好的经济效益。尤其是对市场急需的四氢呋喃的开发，更是如此。目前我省大多数厂家的糠醛只能作为原料外卖，价格波动幅度较大，这是极不划算的。为了提高糠醛生产企业的经济效益，必须大力开发糠醛高附加值的衍生品。糠醛催化法生产THF将充分利用我省糠醛产量大、生产厂家多的优势，此项目将在解决石油危机、THF短缺及糠醛的深加工方面有着深远的意义和广阔的应用前景。呋喃加氢制备四氢呋喃是糠醛法工艺流程的一部分，本工艺具有与环境友好，无环境污染，单位催化剂处理量大，失活后可以再生等优点。反应尾气可用作燃料气或加压后与合成燃料工艺结合生产液体燃料。糠醛脱羰制呋喃进一步制四氢呋喃，具有一定经济规模和高附加值的聚四氢呋哺(PTMEG)项目，既可以改变企业产品结构单一、产品附加值低的劣势，又能满足国内PTMEG的需求，替代进口产品，实现氨纶原料的国产化。1.4.2 Reppe法【2】此工艺以乙炔和甲醛为原料，乙炔与10-30的甲醛溶液在乙炔酮催化下，在90-110，反应压力为0.5-2Mpa条件下，乙炔生成1，4-丁炔二醇；再在Ni-Cu-Mn/SiO2为催化剂，100-130，20 30 MPa 条件下， 加氢得1，4- 丁二醇；1，4- 丁二醇在H3PO4H2SO4 或酸性离子交换脂存在下，脱水环化得四氢呋喃。此法目前是生产THF 和- 丁内酯的主要方法之一。1.4.3 丁二烯氯化工艺丁二烯先氯化生成3，4- 二氯丁烯和1，4- 二氯丁烯混合物。前者脱HCl 后生成氯丁二烯，作为氯丁橡胶单体。后者在碱性水溶液中水解、加氢得1，4- 丁二醇。此法是日本东洋曹达公司70 年代初开发成功，曾建有6 kt / a 装置，由于经济上失去竞争力，现已停产。1.4.4 丁二烯乙酰氧基化工艺此法为丁二烯乙酰氧基化生成1，4- 丁二醇时联产四氢呋喃，原料易得，且四氢呋喃无需由1，4-丁二醇脱水，乙醇可回收再用，工艺水闭路循环，因此有效节约原料和能量；此外还可根据市场任意调节1，4- 丁二醇/ 四氢呋喃比例。该工艺缺点为流程长，投资高，水解和乙酸回收蒸汽消耗较高。现在日本的三菱化成公司采用此工艺建有40kt/a装置。1.4.5 顺酐液相加氢早在1956 年美国杜邦公司开始试验顺酐液相加氢工艺，日本三菱化成公司和三菱油化公司对顺酐液相加氢进行了大量研究，并投入了工业生产。顺酐、氢和作为溶剂的- 丁内酯通入含Ni 及其他金属的固体催化剂之单段反应器中，反应在200，6 10 MPa 压力下进行。反应产物经连续蒸馏得到纯四氢呋喃。此法特点是原料易得，四氢呋喃收率高，流程短，投资少。1.4.6 顺酐气相加氢此方法系美国Standord Oil 公司开发，使用铜、锌、铬催化剂，在230 290，0. 1 4 MPa，氢/ 酐摩尔比为50: 1 500: 1 条件下，顺酐气相加氢生成四氢呋喃和- 丁内酯，顺酐转化率达100%，四氢呋喃和- 丁内酯的总产率90% 以上。通过改变反应条件可得到不同比例的四氢呋喃和- 丁内酯。1.4.7 顺酐酯化低压加氢此法为美国UCC 公司和英国Davy Mckee 公司开发，是以低压羰基合成技术发展而来。将顺酐和过量乙醇连续酯化得到顺丁烯二酸二乙酯，顺丁烯二酸二乙酯经加热汽化，在绝热加氢反应器中，通入氢气，使用钡和镁稳定的亚铬酸铜催化剂，在140 220和0. 138 0. 412 MPa 条件下气相反应，生成- 丁内酯、1，4- 丁二醇和四氢呋喃混合物，经分离精制得到1，4- 丁二醇和四氢呋喃产品，- 丁内酯循环再用。通过控制反应条件，可在一定范围内调整产品比例。该法特点是低温低压反应，设备材质要求不高，使用非贵重金属催化剂，寿命长，转化率高达95% 99%，收率达98%；工艺过程弹性大，相对建设投资和生产成本较低。但该法的经济性是以正丁烷流化床氧化/ 无水回收顺酐的先进工艺生产的顺酐为基础，若用其他方法生产的顺酐为原料，则成本会提高。小结：呋喃加氢制备四氢呋喃是糠醛法工艺流程的一部分，本工艺具有与环境友好，无环境污染，单位催化剂处理量大，失活后可以再生等优点。随着化学工业的飞速发展，对THF的需求也在不断增长。我国年需求THF近万吨，主要依赖进口，且在价格呈上升趋势的情况下，这对国家财政造成了很大的损失。探求THF的最佳生产工艺是目前急待解决的课题。第二章 装置及工艺流程说明2.1 装置简介装置由以下单元组成： 制氢单元：通过甲醇裂解制氢，向四氢呋哺单元提供所需高纯度的氢气。包括甲醇蒸汽转化系统与真空变压吸附制氢系统。呋喃单元：通过糠醛脱羰基反应、生产呋喃。包括糠醛精致系统、反应统、呋喃 糠醛分离系统、呋喃精致系统、催化剂回收系统、糠醛回收及循环系统。中间罐区单元：储存呋喃装置的呋喃中间产品，同时向下游四氢呋喃装置输送原料。 包括呋喃储罐、呋喃输送泵和呋喃过滤器。四氢呋喃单元：将呋喃加氢生产四氢呋喃。包括四氢呋喃反应系统、四氢呋喃精致系统及催化剂回收系统。焚烧炉单元：将装置排下来的有机废液高温焚烧处理。包括炉体、废液系统、燃料气系统。 导热油单元：利用高温导热油向制氢单元、呋喃单元和装置下游的聚四氢呋喃单元提供热源。包括炉体、导热油储存系统及导热油循环系统。酸性糠醛回收单元：对D118中的酸性糠醛进行处理、回收。2.2 工艺流程简图图2-1 工艺流程简图2.3 工艺流程说明2.3.1 呋喃单元、糠醛精制 原料糠醛进入低沸物分离塔(T101)(见图2-2)，此塔在90100mmHg(绝)下操作。塔的真空度通过真空泵(P-904)来维持。真空泵所用密封液冷却器(E118)冷却后进入真空泵，然后经真空泵出口气液分离罐(D904)返回T-101塔顶接收槽(D118)。密封液主要是T_101塔顶回馏罐(D112)来的踏顶馏出物。进料中的水和低沸点物从塔顶馏出，在T_101塔顶冷凝器(D112)中冷凝后收集到T-101塔顶回馏罐(D112)中。其中的一小部分被送至T-101塔顶接收槽(D118)。 根据进料量和进料中杂质的含量多少，从泵P118送出的塔顶馏出物或排放物。塔顶馏出物或排放物根据需要按控制流量被送至酸性糠醛回收但原来回收其中的糠醛。塔顶回馏量通过T-10l塔顶回馏罐(D112)的液位来控制。T101再沸器(E-101)提供塔的再沸，该过程通过设定塔的压降来控制。进料中的聚合物以及精馏过程中形成的聚合物都收集在塔釜。通过控制塔釜排放物量来控制塔釜中聚合物的浓度。用T101塔釜泵(P101)将塔釜排放物经T101塔釜过滤器(F一103AB)、T_102塔釜冷凝器(E111)送至糠醛回收系统糠醛塔釜回收罐(D-417)，在此回收其中的糠醛。塔釜物料经过循环过滤器(F104AB)，返回塔釜的循环也是 用T-101塔釜泵(P101)来实现。产品物流从塔的侧线接近塔釜的位置以气相的形式馏出，经过一台雾沫夹带分离器(ES一101)后进入T-101侧线冷凝器(E113)冷凝器后进入T101侧线分液罐(D113)，再被送至T_101产品缓冲罐(D114)。除去低沸物的糠醛进入高沸物分离塔(T-102)，塔的真空度由真空泵(P-905)来维持。真空泵所用密封液从密封液缓冲罐(D911)经密封液冷却器(E-911)冷却后进入真空泵，然后经真空泵出口气液分离罐(D-905)返回密封液缓冲罐(D-911)。塔(T102)的目的是除去进料中的高沸点杂质，主要为甲基糠醛。T-102再沸器(E一102)提供塔的再沸，该过程通过设定塔的压降来控制。高沸物以及精馏过程中形成的聚合物在塔釜，作为塔釜排放物排放出来。通过设定排放物排放量来控制塔釜液中聚合物的含量。塔釜排放物镜过滤器(F。105AB)、T102塔釜冷凝器(E111)进入糠醛塔釜罐(D-417)，在此回收其中的糠醛。回收的糠醛又返回高沸物分离塔 (T-102)的进料线。T102塔釜泵(P102)既可以降塔釜排放物送至糠醛回收系统液可以循环回塔釜，送去回收或送去循环主要是通过在泵出口管线上的三通阀上安装一个计时器来控制。精制后的糠醛从塔顶馏出，在T102塔顶冷凝器(E116)中冷凝后收集到T-102塔顶回馏罐(D116)中。设定回馏量来控制塔顶产品的纯度。最后产品送至R201进料罐(D-217)中。呋喃反应从R一201进料罐(：D-217)来的物料进入“1-202塔釜液位槽(D-230)。这个液位槽有几项作用。除了接收从R201进料罐(D-217)来的新鲜糠醛外，还接收从反应器下游呋喃糠醛分离塔(1-202)塔釜来的物料。这两股物料在1-202塔釜液位槽(D230)中混合后进入反应器。呋喃反右器(R201)带有搅拌、外部夹套以及内部盘管。通过外夹套和内盘管中循环的导热油提供反应所需的热量。 通过法兰直接与反应器相出口连接的呋喃反应器(“I”-201)用于减少随呋喃蒸汽和副产品CO带出反应器的未反应的糠醛量。反应器进料从塔的顶部加入，与出反应器的由下至上的蒸汽和气体进行逆流洗涤。塔顶气相物料管线上的1-202进料预热器(E一220)用于预热从R20l馏出物接收槽(D211)至呋喃糠醛分离塔(1-202)的物料，同时将反应器出来的气相物料冷却。接着气相物料进入R201塔顶冷凝器(E-211)，将其冷却下来的气相物料冷却。接着气相物料进入R201塔顶冷凝器(E-211)将其冷凝下来并进一步冷却。CO大量的气体在R201馏出物接收罐(D211)中从冷凝中分离出来，进入呋喃洗涤(T-203)。呋喃，糠醛分离 冷凝的糠醛和呋哺混合液从R-201馏出物接收槽(D-211)进入呋喃糠醛分离(T202)。糠醛从塔釜出来经过11-202塔釜冷却器(E-230)冷凝，在“I”-202塔釜液位槽(D230)收集。呋哺以及少量的低沸物和水从塔顶馏出，在“1-202塔顶冷凝器(E212)中冷凝后进入17-202塔顶层析器(D-212)。非常少量的过饱和谁在“1-202顶层析器(D-212)中分离出来并自动排处。产品被送至CO气提塔(T-204)。2.3.2 呋喃精制呋喃生产工艺的最后一步是呋哺精制，在这一步分离出所有的高沸物，主要是少量的甲基呋哺和糠醛。从T_204产品缓冲罐(D-214)向塔内连续加料。高沸物杂质在塔釜浓缩并作为一般排放的废液去处理。T_206再沸器(E-206)提供塔的再沸。精制后的呋哺塔顶产品有含有过饱和水的可能性，可从T_206塔顶回流罐(D216)倾析。呋哺从“1-206塔顶回流罐(D-216)送至呋哺贮槽(D10AB)作为四氢呋喃装置的原料。T_204产品缓冲罐(D-214)和206的排放气排志气洗涤塔(1-205)。2.3.3 呋喃催化剂回收尽管装置是连续运行，但是由于反应器中催化剂的失活，必须定期更换催化剂。当反应器中催化剂失活后，反应器停车，慢慢泄压至低压排放气洗涤(T-205)。当温度冷却到可以排放的温度后，从反应器的底部将催化剂排放到R201排放物缓冲罐(D-412)。排放完成后，从催化剂装填罐(D210)往反应器中装入新鲜催化剂。整个催化剂更换过程大约需要4个小时或更短的时间。2.3.4 糠醛回收和循环待回收的物料进入糠醛回收塔(11-603)，大量糠醛聚合物和其他高沸物，主要是甲基糠醛，在塔釜浓缩并作为塔釜排放物排出系统。经冷却后送至焚烧处理。作为塔顶馏出物的回收糠醛，冷却后收集在iF-603塔顶回流罐(D-604)，并送至回收糠醛缓冲(D-416)。物料从这台缓冲罐返回糠醛中高沸物分离(T-102)进料管线。2.3.5 一氧化碳(CO)分离干燥 r-202塔顶层析器(D-212)中剩下的物料，如呋喃、低废物和饱和水，经F-204预热器(E-213AB)预热后被送至CO汽提塔(F-204)的顶部。预热所用热源为CO汽提塔(T-204)的塔釜产品。塔釜产品经换热后进入iF-204产品缓冲(D-214)。 水和呋喃及进料中的CO在塔顶形成共沸物。这个塔的操作压力和R201馏出物接收槽(D-211)的压力一样。塔顶气相进入呋哺洗涤塔(F-203)。 呋喃洗涤塔(12203)是一台填料塔，用于洗去高压CO排放之前含有气相呋哺。洗涤后的排放气进入导热油系统作为燃料气。排放气在排放前首先通过CO预分离罐(D-219)将其中夹带的液滴分离掉，以减少进入导热油系统的气体液体的夹带量。T-202塔釜液位槽(D-230)中得几乎不含呋哺的糠醛通过F-203进料预热器(E219ABCD)和Tz203T205进料冷却器(E-215)冷却后，从呋喃洗涤塔(F-203)顶部加入作为洗涤介质。来自R_201馏出物接收槽(D-211)和CO汽提塔(F-204)顶的高压CO排放气进入洗涤塔釜。为了提高洗涤效率，塔釜的物料经F-203循环冷却器(E-203)循环冷却期(。E-203)冷却后循环至二段的顶部。 塔釜收集的糠醛和呋哺通过F-203进料预热器(。E-219AJBCD)换热后返回呋喃、糠醛分离塔(17-202)。 低压排放洗涤塔(T205)用于在低压CO排放进入火炬系统前洗去其中含有的气相呋喃。在需要的情况下也可将低压气放空至大气。引凤机(B-205)用于抽取不同来源的低压气体包括众多的储槽排放气。引风机(B-205)出口气体通过一台分离罐一时期进入火炬系统前去除去其中夹带的液相。T_202塔釜液位槽(D-230)的几乎不含呋喃的糠醛通过F-203进料预热器(E219ABCD)和T=203进料冷却器(E215)后，从低压排放气洗涤塔(F-2051顶部加入作为洗涤介质。来自工艺过程中的几处低压CO排放气进入洗涤塔釜。为了提高洗涤效率，塔釜的物料经F-205循环冷却器)。E-205)冷却后循环至第二段的顶部。塔釜收集的糠醛和呋哺送入呋喃洗涤塔(1-203)。 2.3.6 糠醛回收和循环待回收的物料进入糠醛回收塔(T-603)，大量糠醛聚合物和其他高沸物，主要是甲基糠醛，在塔釜浓缩并作为塔釜排放物排出系统。经冷却后送至焚烧处理。作为塔顶馏出物的回收糠醛，冷却后收集在F-603塔顶回流罐(D-604)，并送至回收糠醛缓冲罐(D416)。物料从这台缓冲罐返回糠醛中高沸物分离塔(T-102)进料管线。呋喃装置内正常生产时的排放气，汇集后排放装置区外的低压储气柜。图2-2 四氢呋喃工艺流程图2.4 工艺指标表2-1 四氢呋喃产品保证值如下组成单位保证值THFWt99.95（最小）水分Wt0.05总有机杂质100APHA色度Ppm10呋喃ppm10甲基呋喃ppm10丁醛ppm752.3DHFppm5（最大）醋酸乙酯ppm20(最大)表2-2 装置所用的氢气应符合下列规格组成单位指标氢气Wt99.99（最小）氮气ppm50（最大）甲烷ppm10（最大）氩ppm50（最大）氨ppm5（最大）一氧化碳ppm5（最大）水ppm10（最大）表2-3 装置所用的糠醛应符合下列规格组成单位指标纯糠醛Wt98.2（最小）水分Wt0.2（最大）酸度Eq/L0.016不挥发组分Wt0.75（最大）0.25（最小）表2-4 原料消耗量和产品产量序号名称单位吨产品消耗小时消耗年消耗备注一、原料1糠醛吨0.886.21497072 氮气Nm3334263121036000二、产品小时产量年产量1四氢呋喃吨1.31830000表2-5 催化剂、化学品消耗量序号名称单位数量吨产品消耗小时消耗年消耗寿命催化剂1钯催化剂吨0.0876吨/批小时2吨0.0799吨/批小时3醋酸钙吨0.0216吨/批0.0001980.000522.082间歇4助滤剂吨0.0002180.0005732.292间歇5BHT(抗氧化剂)吨0.00001250.00003280.1313间歇6乙二醇吨0.77首次装罐量表2-6 化学品防沫剂规格组成单位指标PH6.88.0破沫时间秒20破沫时间秒25破沫时间秒50外观无颗粒、乳白色、液体不挥发成分12-17.6（最小）/100醋酸钙规格组成单位指标干基分析Wt99.9（最小）水分Wt5-6PH（10溶液）7.2-7.6氟化物ppm50（最大）砷ppm3（最大）重金属ppm10（最大）不溶物Wt0.1（最大）卤化物Wt0.05（最大）硫酸盐Wt0.1（最大）铁ppm5铅ppm10（最大）BHT （抗氧剂）规格组成单位指标BHTWt99.0（最小）凝固点0C69.2（最大）灰分Wt0.002（最大）砷ppm3（最大）重金属ppm10（最大）APHAWt15（最大）助滤剂规格组成单位指标堆积密度Kg/m3368-400WFR100-300粒度Wt空隙3-10第三章 计算部分3.1 物料衡算3.1.1 计算任务年产量：10000吨/年 年操作时间：8000小时/年 车间转化率 90主反应方程式3.1.2 衡算原理依据质量守恒定律，对以研究系统作物料衡算，可用下式表示：G进=G出+G损+G积式中G进-输入物料量的总和。式中G出-离开物料量的总和。式中G损-总的损失量。式中G积-系统中积累量。分批操作的设备，当终点时，物料全部排出则系统内物料积累量为0，对于稳定连续操作，系统内物料积累量也为0，所以，上式可写为：G进=G出+G损3.1.3 计算依据主要原料组成及物化性质 水分 0.2，不挥发组分0.75 呋喃 -呋喃分子量 68-四氢呋喃分子量 723.1.4 计算及结果计算基准：吨/时，按90转化率计算：每小时为30000/8000=1250吨 每小时投料量为（1.25/0.90*68/72）/0.90=1.562吨 钯催化剂用量 ：0.08755吨/批即0.0011吨/小时物料衡算表原呋喃总密度 968kg/m3 四氢呋喃总密度 ：1150 kg/m3其他（包含辅料）总密度（进料）：890.4 kg/m3 其他（包含辅料）总密度（出料）：820.4 kg/m3 表3-1物料衡算表物料名称百分含量（）折纯量（kg/h）实际进料量总流量（kg/h）体积流量（m3/h）进料呋喃980196019602.230钯催化剂1001.10其他7537530.8651出料四氢呋喃85125012501.792钯催化剂1001.10其他9729721.3423.2 热量衡算3.2.1 热量衡算方程式 在实际中传热设备的热量衡算可由下式表示： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式中 Q1一所处理的物料带入设备中的热量KJ； Q2一加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量(符号规定加热剂加入热 “+”，冷却剂吸收热量为“一”)KJ； Q3一过程的热效应(符号规定过程放热为“+”，过程吸热为“一”)KJ； Q4一离开设备物料带走的热量KJ； Q5一设备各部件所消耗的热量KJ；Q6一设备向四周散失的热量，又称热损失KJ。3.2.2 热量衡算式中各项计算 Q1，Q4用下式计算： Q1(Q4)=G i C i(tt0)式中G ii物料质量Kg；C ii物料平均等压比热容KJ(Kg)； t-物料的温度； t。-计算基准温度。 Q5的计算： Q5=G i C i(t2一t1) G i一设备各部件的质量Kg； C i一设备各部件的比热容KJ(Kg)； t1一设备各部件的出温度； t2一设备各部件的终温度。 Q6的计算：Q6=A at(tw一t10)10-3式中 A一设备散热表面积没m3； at-散热表面向周围介质的联合给热系数w(IIl2)； tw一器壁向四周散热的表面温度； t10一周围介质温度； 一过程连续时间s。 过程热效应Q3的计算 Q3=Qr+Qp Qr-化学反应热效应KJ； Qp-物理过程热效应KJ。 Qr=l 000GAq0rMA 式中q0r-标准化学反应热KJmol： GA一一参与化学反应的A物质量Kg； MAA物质分子量。3.2.3 热负荷Q2的计算热平衡式Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3 (式1-1)基准温度：进料温度按室温取25C作为基准温度计算，则Q1=0；反应釜内反应度为238C，糠醛C i值为 ；假设：Q5+Q6=15Q2 (式1-2)热平衡式可写成 Q2=Q4+15Q2一Q3 (式1-3)Q2=(Q4-Q3)085 (式1-4)计算Q4：1各物质C p的计算：a，呋喃用Missenard法估算其C P，从表37中获得基团数值，计算其C P值如下：C P。2093+8.4+28.9+41.9+12.6=154.5KJ(Kmol)=102 KJ(kg)b，同理四氢呋喃的C P值如下： C P。2094+289=11251545KJ(Kmol)=O744 KJ(kg) C，用手册查得：CO的C P=0250kcalKg=105 KJ(kg d，假设进出物料中的其他成分(废液)相差不大，其C P取相同值废液中含小部分糠醛、少量甲基糠醛、甲基呋喃、醋酸、其C P值比水稍小 C P取320 KJ(kg)2，Q4计算Q4=G4C4(tt。) (式1-5) =12500744(23825)+515105(23825)+949320(23825) =9601082